6.6. Реакции конъюгации

В определенных ситуациях эти реакции являются высокоэффективными путями снижения токсичности некоторых ксенобиотиков, хотя в некоторых случаях образуются более опасные (канцерогенные) продукты, чем исходные вещества.

Наиболее изучены реакции конъюгации, в которых участвуют следующие молекулы.

1. Ацетат конъюгируется при посредстве ацетил-КоА с некоторыми ароматическими и алифатическими аминами и сульфонами- дами. Ацетилирование катализируется соответствующими ацетил-трансферазами. Например, описана N-ацетилтрансфераза (КФ 2.3.1.5.) с молекулярной массой 37 000.

Животные одного вида могут весьма существенно различаться по способности к ацетилированию ксенобиотиков (быстрые и медленные ацетиляторы).

В некоторых случаях на стадии ацетилирования могут образовываться промежуточные продукты, более опасные, чем исходные ксенобиотики. Так, при ацетилировании таких аминов, как 2-аминофлуорен, 4-аминобифенил, 2-аминонафталин, образуются канцерогены с более выраженным канцерогенным действием, чем исходные соединения (Weissburger et al., 1972; см. [Голиков и др.,. 1986]).

2. Глицин. Его конъюгация с бензойной кислотой, описанная Келлером в 1842 г.,- одна из первых изученных реакций биотрансформации.

3. Цистеин, глутатион и другие серосодержащие соединения. Так, трипептид глютатион - эффективный конъюгирующий агент для конденсированных кольцевых систем - нафталина, антрацена, фенантрена (рис. 36). Тиосульфат ответствен за превращение неорганических цианидов в менее токсичные тиоцианаты (см. также гл. 4 о взаимодействиях растений с животными).

Рис. 36. Примеры реакций конъюгации у животных

Конъюгация с глутатионом (в которую вступают более 40 типов; химических соединений) зависит от активности комплекса ферментов. В него входят группа глутатион-S-трансфераз (КФ 2.5.1.18), которые могут составлять 10% всех растворимых белков печени, их активность обнаружена и в эндоплазматическом ретикулума (см. [Голиков и др., 1986]); γ-глутамилтрансфзраза (КФ 2.3.2.2); цистеинилглициндипептидаза (КФ 3.4.13.6), в результате активности которой образуется конъюгат ксенобиотика с цистеином; N-ацетилтрансфераза, продуктом активности которой являются меркаптуровые кислоты.

Уровень восстановленного глутатиона в организме зависит от соотношения активностей трех групп ферментов; 1) ферментовведущих его синтез из L-глутамата и L-цистеина в присутствии АТФ; 2) ферментов катаболизма глутатиона; 3) ферментов, воздействующих на соотношение окислительной и восстановительной форм глутатиона.

4. Метилирование (например, с участием метионина). Таким образом метилируются алкилфенолы, галогенфенолы, амины, пиридин, пирогаллол; сульфиты, селениты, теллуриты подвергаются биологическому метилированию и превращаются в летучие диметильные производные.

В метилировании ксенобиотиков участвует весьма широкий круг ферментов. К ним относятся метионинаденозилтрансфераза (КФ 2.5.1.6); группа метилтрансфераз или трансметилаз, различающихся по своей специфичности к субстратам, в том числе фенол-О-метилтрансфераза (КФ 2.1.1.25); гидроксииндол-(9-метил- трансфераза; ряд метилтрансфераз, катализирующих N-метилирование эндогенных и чужеродных соединений; тиол-8-метилтрансфераза (КФ 2.1.1.9).

Рис. 37. Конъюгаты чужеродных веществ с биомолекулами растений 1 - ковалентное связывание 3,4-дихлоранилина лигнином с образованием нерастворимого конъюгата; 2 - продукт конъюгации пентахлорфенола с глюкозой [San dermann, 1984]

В отличие от других видов конъюгации при метилировании не всегда изменяются токсичность и растворимость исходного ксенобиотика (Лакин, Крылов, 1981; см. [Голиков и др., 1986]).

При метилировании ксенобиотиков донорами метильных групп могут служить 6-метилтетрагидрофолиевая кислота и другие источники одноуглеродных остатков, однако эти пути метилирования изучены пока недостаточно.

5. Орнитин и аргинин. Орнитин используется при детоксикации бензойной кислоты в организме рептилий и птиц; аргинин - в организме членистоногих.

6. Глутамин. У приматов он используется для конъюгации фенилуксусной кислоты и некоторых ее гетероциклических аналогов.

7. Рибоза и глюкоза. Оба соединения часто используются для конъюгации; конъюгаты глюкозы особенно широко представлены в растениях (рис. 37), у моллюсков и насекомых.

8. Глюкуроновая кислота. Это 6-карбоксильное производное глюкозы используется для конъюгации с ксенобиотиками у большинства позвоночных и всех млекопитающих. Она имеет преимущество перед глюкозой как детоксицирующий агент, поскольку содержит ионизируемую группу. Конъюгации подвергаются спирты, кетоны, фенолы, енолы, карбоксикислоты, амины, гидрокси-ламины, карбаматы, карбамиды, сульфонамиды, тиолы, арилмеркаптаны и другие ксенобиотики. Глюкоуронидная конъюгация идет с участием нескольких ферментов, в том числе УДФГ-пирофосфорилазы, УДФ-глюкозодегидрогеназы и ферментов из грут- пы УДФ-глюкуронозилтрансфераз.

9. Сульфатная конъюгация - эволюционно, по-видимому, один из древних видов биотрансформации. В нее вступают фенолы, спирты, ароматические амины, гидроксиламины, некоторые стероиды (например, [Голиков и др., 1986]). Происходит с участием сульфат-аденилтрансферазы (КФ 2.7.7.4; АТР: сульфат-аденилил- трансфераза), аденилил - сульфаткиназы (КФ 2.7.1.25; АТР: аденилсульфат-3'-фосфотрансферазы), возможно, и других ферментов группы сульфотрансфераз.

В некоторых случаях сульфатная конъюгация приводит к появлению канцерогенного вещества, взаимодействующего с нуклеиновыми кислотами [Голиков и др., 1986].

10. Лигнин. В растениях удалось обнаружить новый тип конъюгатов - нерастворимые конъюгаты с лигнином. С ним могут ковалентно связываться молекулы пестицидов 2,4-дихлорфенокси - уксусной кислоты (2,4-Д), пентахлорфенола, а также 3,4-дихлор-анилина [Sandermann, 1984].

11. Металлотионеины. Эти белки с низкой молекулярной массой и высоким содержанием цистеина связывают ионы тяжелых металлов. Наиболее изучено связывание ими кадмия, хотя эти белки могут связывать и другие металлы.

Описаны также и другие виды конъюгации (например, фосфатная конъюгация, а также реакции ксенобиотиков с глицинтаурином и формилом). Некоторые из видов конъюгации встречаются редко и мало исследованы, что подчеркивает недостаточную степень изученности реакций биотрансформации.

Необходимо отметить, что конъюгирование является обезвреживанием вещества лишь для данного организма. Конъюгированное вещество поступает в экосистемы, например с мочой (в случае образования растворимого конъюгата у животных) или с отмирающими тканями и органами (в случае широко распространенных конъюгатов у растений; см. рис. 37 и 38), и продолжает циркулировать в биогеоценозе, сохраняя свое экотоксикологическое значение. Сверх того, алкилирование тяжелых металлов может приводить к появлению еще более опасных для биосферы веществ.